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Gebiet der
Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft verbesserte optische Schalter zur Veränderung
von Lichtübertragungspfaden
und insbesondere magnetisch programmierbare und rastbare optische
Schalter.
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Hintergrund
der Erfindung
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In
modernen Lichtwellen-Telekommunikationssystemen, wie optischen Wellenlängenmultiplex(WDM)-Fasersystemen,
ist es häufig
notwendig, den Pfad von übertragenem
Licht umzuschalten. Eine Reihe von verschiedenen Ansätzen ist
ausgenutzt worden. Das Umschalten ist durch mechanische Bewegung
von optischen Fasern bewirkt worden (siehe P. G. Hale et al., Electronic
Lett., Vol. 12, S. 388, 1976, sowie Y. Ohmori et al., Appl. Optics, Vol.
17, S. 3531, 1978). Das Umschalten kann auch auf einer Faraday-Drehung
basieren (siehe M. Shirasaki et al., Appl. Optics, Vol. 23, S. 3271,
1984).
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Das
Umschalten basierend auf reflektierenden Spiegeln ist besonders
attraktiv für
Kommunikationssysteme, hat jedoch sein Potential noch nicht erreicht.
(Siehe Tanaka et al., US Patent Nr. 4498730, L. Y. Lin et al., IEEE
Photonics Technology Lett., Vol. 10, S. 525, 1998, R. A. Miller
et al., Optical Eng., Vol. 36, S. 1399, 1997, sowie J. W. Judy et
al., Sensors and Actuators, Vol. A53, S. 392, 1996). Reflektierende
Spiegel nutzende Schalter sind insofern praktisch, als sie eine
Lichtübertragung
durch den freien Raum nutzen und potenziell auf ein großmaßstäbliches
optisches Querverbindungssystem erweiterbar sind. Sie verwenden
typischerweise elektrostatische, piezoelektrische oder elektromagnetische
Betätigungseinrichtungen,
um die Spiegel zu bewegen oder zu drehen und die Lichtpfade zu verändern. Das
Problem mit diesen Vorrichtungen besteht darin, dass sie entweder
die Verwendung einer kontinuierlichen Stromzufuhr erforderlich machen,
um die versetzte Spiegelposition aufrechtzuerhalten, oder dass ihre Position
instabil ist. Zum Beispiel sind elektrostatische Vorrichtungen anfällig für Ladungsaufbau
und -abfließen
und sind somit sehr umgebungsempfindlich. Dementsprechend besteht
ein Bedarf an rastbaren optischen Schaltern, bei welchen kein Strom
erforderlich ist, sobald der Lichtpfad in eine gewünschte Richtung
verschoben worden ist, und für
welche die gerastete Position stabil aufrechterhalten wird.
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Die
JP 08-271811 offenbart einen optischen Schalter, der rastbare Magnete
verwendet, um einen schwenkbar montierten Spiegel aus einer ersten
Position, wo er eingehendes Licht nicht reflektiert, in eine zweite
Position umzuschalten, wo er eingehendes Licht reflektiert. Die
Stellungen des schwenkbaren Spiegels werden durch positive Anschläge eingeschränkt.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine optische Schalt-/Dämpfungsvorrichtung
bereit, umfassend wenigstens einen optischen Eingangspfad, einen
oder mehrere Ausgangspfade, die angeordnet sind, um Licht aus dem
Eingangspfad zu empfangen, einen lichtreflektierenden Spiegel, der
eine magnetische Komponente einschließt, wobei der Spiegel beweglich
mit einem Substrat gekoppelt ist, sowie einen oder mehrere programmierbare
rastbare Magnete zur Wechselwirkung mit dem Spiegel, um den Spiegel
zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position zu bewegen,
wobei die programmierbaren Magnete die Spiegelpositionen ohne kontinuierliche Stromzufuhr
halten, dadurch gekennzeichnet, dass der Spiegel beweglich mit dem
Substrat gekoppelt ist, so dass eine Bewegung des Spiegels bezüglich der
drei Dimensionen ermöglicht
wird und der Spiegel in der ersten Position Licht aus dem Eingangspfad
zu einem ersten Ausgangspfad reflektiert und in der zweiten Position
Licht aus dem Eingangspfad zu einem zweiten Ausgangspfad oder mit
einer optischen Fehlausrichtung zum ersten Ausgangspfad reflektiert,
so dass das Signal zum ersten Ausgangspfad gedämpft wird.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
Vorteile, die Natur und zusätzliche
Merkmale der Erfindung werden vollständiger bei Betrachtung der
in den begleitenden Zeichnungen beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen
und Vergleichsbeispiele ersichtlich. In den Zeichnungen:
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1 veranschaulicht
schematisch einen beispielhaften dreidimensional programmierbaren und
rastbaren optischen Schalter;
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die 2(a)–(c)
sind zum Verständnis
der Erfindung nützliche
graphische Darstellungen von Kurven der Magnetisierung M (oder des
entsprechenden Spiegelversatzes δ) über dem
angelegten Feld für
einen rastbaren Magneten;
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3 veranschaulicht
schematisch eine Querschnittsansicht eines programmierbaren optischen
Freiraum-Schalters mit einer Mehrzahl von lichtreflektierenden Spiegeln;
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die 4(a) und 4(b) veranschaulichen
ein programmierbares und rastbares optisches Querverbindungssystem
in zwei bzw. drei Dimensionen;
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5 veranschaulicht
einen alternativen programmierbaren rastbaren optischen Schalter;
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die 6(a) und 6(b) veranschaulichen schematisch
einen programmierbaren und rastbaren 2 × 2-Optikschalter; und
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7 veranschaulicht
einen alternativen 2 × 2-Optikschalter.
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Es
versteht sich, dass diese Zeichnungen zu Zwecken einer Veranschaulichung
der Konzepte der Erfindung dienen und nicht maßstäblich sind. Dieselben Bezugszeichen
werden verwendet, um über
die Zeichnungen hinweg ähnliche
Elemente zu bezeichnen.
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Ausführliche
Beschreibung
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Bezug
nehmend auf die Zeichnungen, veranschaulicht 1 schematisch
einen beispielhaften programmierbaren und rastbaren lichtreflektierenden Schalter 9,
umfassend einen Spiegel 10, der eine magnetisierbare Komponente 11 einschließt. Der Spiegel
ist durch eine bewegliche Halterung 13 beweglich mit einem
Substrat 12 gekoppelt, und ein oder mehrere programmierbare
und rastbare Magnete 14 (hier drei Magnete: 14A, 14B und 14C)
sind vorgesehen, um die Spiegelposition zu kontrollieren bzw. zu
steuern. Jeder programmierbare Magnet 14 umfasst eine Magnetkomponente 15 und
eine Steuerspule 16. Der Spiegel 10 verändert den
Pfad eines ankommenden Lichtsignals, z.B. eines Strahls aus einem
Laser oder einem Wellenleiter, zu einer gewünschten Ausgangsrichtung hin,
wie einem speziellen Wellenleiterkanal, einem optischen Verstärker oder
einem Photodetektor.
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Der
Spiegel 10 kann voll reflektierend (z.B. hergestellt mit
einer dicken metallischen Beschichtung auf einem Substrat) oder
halb durchlässig
(z.B. hergestellt mit einer dünnen
Beschichtung auf einem durchsichtigen Substrat) sein, was es erlaubt,
dass ein Teil des ankommenden Lichtsignals hindurchtritt und sich
geradlinig fortpflanzt. Die Spiegel können in Abhängigkeit von spezifischen Anwendungen
von makroskopischer oder mikroskopischer Größe sein. Sie können ähnlich wie
bei der Fertigung von mikroelektromechanischen Systemen (MEMs) durch
Mikrobearbeitung hergestellt werden. Jeder Spiegel wird magnetisierbar
gemacht, indem man mindestens eine magnetisierbare Komponente 11 auf
einem Teil der Vorder- oder
Rückseite
des Spiegels 10 entweder befestigt (zum Beispiel mit Epoxidharz
festklebt) oder abscheidet (wie durch Sputtern oder Galvanisieren).
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Die
bewegliche Halterung 13 zwischen dem Spiegel 10 und
dem Substrat 12 wird in einer solchen Weise hergestellt,
dass der Spiegel dreidimensional beweglich ist. Die Halterung kann
eine Kipp-, Dreh-, Verschiebe- oder Verdrillbewegung der lichtreflektierenden
Spiegelebene erlauben. Die Halterung 13 kann ein mechanisches
Gelenk, eine Feder, eine Kugel und Pfanne oder ein elastisches Element
sein, wie eine elastisch nachgiebige Verlängerung des Substrats.
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Wenigstens
ein programmierbarer und rastbarer Magnet ist in der Nachbarschaft
von jedem Spiegel 10 vorgesehen. Der programmierbare Magnet
besteht typischerweise aus einem langgestreckten Magneten 15 mit
spezifischen gewünschten
Magnetisierungs- und Entmagnetisierungseigenschaften, sowie einer
Spule 16, die eine den Magneten umgebende Wicklung umfasst.
Die Spule kann eine zuvor hergestellte Wicklung auf einem Spulenkern, direkt
um den Magnet 15 herumgewickelte isolierte Drähte oder
ein auf lithographischem Weg gebildetes Dünnfilm-Leitermuster sein, das
schraubenförmig
um den Magneten herum angebracht ist (mit einer dünnen, zwischen
dem Leiter und dem Magneten angebrachten Isolierschicht). Die Spule 16 liefert
beim Hindurchtritt einer vorbestimmten elektrischem Stromstärke ein
Magnetfeld, das dann durch den langgestreckten Magneten 15 verstärkt wird.
Im Betrieb zieht das Magnetfeld aus jedem der programmierbaren Magnete 14A, 14B, 14C den
Spiegel durch magnetostatische Wechselwirkung mit der auf dem Spiegel angebrachten
magnetisierbaren Komponente 11 an oder stößt ihn ab.
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Die 2(a)–(c)
sind graphische Darstellungen, die zum Verständnis des programmierbaren
und Rast-Verhaltens des Schalters nützlich sind. Sie zeigen magnetische
M-H-Hystereseschleifencharakteristiken. 2(a) zeigt eine "quadratische" Hystereseschleife. Mit Magneten, die
eine quadratische Hystereseschleife aufweisen, kann man bistabile
Vorrichtungen herstellen, die zwischen zwei Magnetisierungsniveaus
umschalten, z.B. einer Spiegelposition, die einer Magnetkraft von
null entspricht, und einer mit der maximalen Magnetkraft erzielten
Sättigungs-Versatzposition.
Die Magnetkraft von null wird durch Anlegen eines Wechselstrom- oder Gleichstrom-Entmagnetisierungsfeldes
erzielt. Der Sättigungsversatz
wird durch einen Gleichstrom-Impulsstrom erzielt, der ausreicht,
um die Magnete zu sättigen.
Jedoch ist für
eine kontinuierliche Abstimmung der Spiegelposition in einer beliebigen
x-, y- oder z-Richtung die quadratische Schleifencharakteristik nicht
immer erwünscht,
da die steile Seite der Kurve in 2(a) ein
Steuerproblem darstellen kann, wenn ein gewisser dazwischen liegender
Faserversatz (δ) erwünscht ist.
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2(b) veranschaulicht eine schräg geneigte
Hystereseschleife. Zur Erleichterung der Steuerung kann die M-H- und δ-H-Schleife
schräg
geneigt sein, wie in 2(b) dargestellt.
Dies wird durch Verstärkung
des selbstentmagnetisierenden Feldes des Magneten erreicht, indem
man zum Beispiel entweder den effektiven Durchmesser des Magneten
vergrößert, die
Länge verringert
(und somit das Länge-zu-Durchmesser-Verhältnis verkleinert),
oder indem man die Magnetlänge
mit eingefügten
Zwischenräumen
zwischen geteilten Magnetteilen unterteilt. Die optimale Schrägneigung
der Schleife ist so, wie in 2(b) dargestellt,
d.h. die Restmagnetisierung oder der Restspiegelversatz, wenn das angelegte
Feld beseitigt wird, ist noch immer im Wesentlichen dieselbe wie
der Sättigungswert
(mindestens 90%), und das einsetzende Feld einer schnellen Abnahme
von M oder δ,
wenn das Feld umgedreht wird, ist ein Feld bei beinahe null und
bevorzugt im Bereich von ±50%
der Koerzitivkraft, noch bevorzugter im Bereich von ±10% der
Koerzitivkraft (Hc). Der gewünschte
Grad der Schrägneigung
der Schleife ist vorzugsweise eine maximale Schleifenverschiebung um
50%–150%
von Hc.
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2(c) veranschaulicht eine zu stark schräg geneigte
Hystereseschleife. Eine übermäßige Schrägneigung
der M-H- oder δ-H-Schleife
ist nicht erwünscht,
da dies eine Verschlechterung der Rastbarkeit des Faserversatzes
verursacht. Eine solche Verschlechterung des rastbaren Versatzes
ist in 2(c) durch Pfeile dargestellt.
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Für angelegte
Magnetfelder von H1 und H2 wird
die entsprechende Magnetisierung rastbar erhalten, nachdem das Feld
beseitigt wird, und der entsprechende Versatz der Spiegelposition δ1 und δ2 wird
ebenfalls rastbar erhalten. Daher kann die Vorrichtung nach Betätigung ohne
kontinuierliche Stromzufuhr betrieben werden. Der Grad des Spiegelversatzes
wird durch Veränderung
der Magnetisierung in den programmierbaren Magneten verändert und gerastet.
Dies kann erreicht werden, indem man entweder das angelegte Feld
verstärkt,
oder indem man erst entmagnetisiert und dann auf eine neue Feldstärke neu
magnetisiert. Für
eine Verschiebung von δ1 nach δ2 wird zum Beispiel ein angelegtes Feld von H2
verwendet. Um die Spiegelposition von δ2 nach δ1 zurück zu verschieben,
wird ein Magnetfeld mit umgekehrter Polarität verwendet. Die Stärke des
Feldes wird so gewählt,
dass die Magnetisierung auf das Niveau verringert wird, das dem
Versatz δ1 entspricht. Wenn dieses Feld beseitigt
wird, ist der Versatz δ1 gerastet. Zur Magnetisierung der Magnete
unter Verwendung einer Spule kann für einen Hochgeschwindigkeits-Niederstrom-Betrieb
zweckmäßigerweise ein
Impulsfeld (ein Impulsstrom in der Spule) verwendet werden. Die
gewünschte
Dauer oder Geschwindigkeit des Impulsfeldes liegt typischerweise
im Bereich von 10–10–6 Sekunden
vorzugsweise 10–10–4 Sekunden.
Die Form des angelegten Stromimpulses kann sinusförmig, rechteckig
oder unregelmäßig sein.
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Die
bevorzugten programmierbaren Magnetmaterialien für die rastbaren Spiegelvorrichtungen sind
diejenigen, deren Magneteigenschaften durch ein Impulsmagnetfeld
veränderbar
sind. Einige Beispiele von geeigneten Magneten sind Fe-Cr-Co, Fe-Al-Ni-Co
(Alnico), Cu-Ni-Fe (Cunife) und Co-Fe-V (Vicalloy). Zur Erleichterung
der Programmierung durch Ummagnetisierung unter Verwendung eines Spulenimpulsfeldes
liegt der gewünschte
Bereich der Koerzitivkraft für
den programmierbaren Magneten typischerweise unter 500 Oe und vorzugsweise
unter 100 Oe. Die Koerzitivkraft liegt typischerweise über 10 Oe
und vorzugsweise über
30 Oe, um die Stabilität
der Restmagnetisierung aufrechtzuerhalten, sowie auch für eine Stabilität gegen
Entmagnetisierung infolge von magnetischen Streufeldern. Für eine zufriedenstellende
Rastbarkeit der verschobenen Spiegelposition, wenn das Feld beseitigt
wird, sollte der programmierbare Magnet vorzugsweise eine parallelogrammförmige Magnetisierungs-Hystereseschleife besitzen,
und zwar mit dem Rechteckigkeitsverhältnis (als Verhältnis Restmagnetisierung/Sättigungsmagnetisierung
definiert) von mindestens 0,85, vorzugsweise mindestens 0,90, noch
bevorzugter mindestens 0,95. Zur Erleichterung der Steuerung ist
die Schleife vorzugsweise um mindestens 50% von Hc schräg geneigt.
Mechanisch duktile und leicht formbare oder maschinell bearbeitbare
Magnetlegierungen, wie Fe-Cr-Co, Cu-Ni-Fe, Co-Fe-V sind für eine Formgebung
in die in 1 dargestellte gewünschte stabartige
Geometrie besonders erwünscht.
Stabile Permanentmagnete mit hohen Koerzitivkräften (z.B. Hc > 1000 Oe), wie Sm-Co,
Nd-Fe-B oder Ba-Ferrit sind wegen der Schwierigkeit der Umprogrammierung
der Restmagnetisierung unter Verwendung eines gewünschten
niedrigen Magnetfeldes weniger erwünscht (sofern sie nicht modifiziert
sind, um niedrigere Koerzitivkräfte
zu zeigen).
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Ein
bevorzugtes Magnetmaterial ist Fe-28%Cr-7%Co-Legierung, die verformungsgealtert
wird, um eine M-H-Schleife mit Hc von 70
Oe zu liefern. Die M-H-Schleife ist um etwa 60 Oe schräg geneigt,
was eine M-H-Schleife ähnlich 2(b) erzeugt.
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Die
Anzahl von programmierbaren Magneten 14A, 14B, 14C kann
einer, zwei, drei oder sogar mehr als drei betragen, in Abhängigkeit
von der Art der Vorrichtung und dem gewünschten Freiheitsgrad zur Spiegelumpositionierung.
Im Allgemeinen werden drei programmierbare Magnete oder mehr bevorzugt,
um für
einen dreidimensionalen Freiheitsgrad bei der Bewegung des Spiegels
zu sorgen.
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Ein
Rückkopplungssystem
(nicht dargestellt) kann wahlweise verwendet werden, um die genaue Spiegelpositionsverschiebung
zu steuern. Positionsinformationen können verwendet werden, um einen zusätzlichen,
inkrementalen oder verringerten Impulsstrom zu einer oder mehreren
der Spulen zu aktivieren, so dass man ein revidiertes rastbares
Magnetisierungsniveau und eine revidierte rastbare Spiegelposition
erhält.
Dieser Rückkopplungs-
und Einstellvorgang kann, falls notwendig, mehrere Male wiederholt
werden, bis die gewünschte
Spiegelposition oder der gewünschte
Spiegelwinkel erzielt worden ist.
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Der
optische Schalter kann auch für
eine absichtliche Fehlausrichtung von Licht ausgenutzt werden, so
dass die optischen Informationen vollständig aus dem Lichtpfad ausgekoppelt
werden (wobei er im Grunde als Ein-Aus-Schalter dient). Er kann
auch benutzt werden, um die Pfade teilweise fehlauszurichten, um
für ein
gewünschtes
Signalstärkeniveau
zum empfangenden optischen Pfad zu sorgen (womit er als rastbare
Dämpfungseinrichtung
dient). Das Verhalten des Schalters als rastbare Dämpfungseinrichtung
hängt von
der Steuerung ab, die von den programmierbaren und rastbaren Magneten
bereit gestellt wird.
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Die
auf dem Spiegel (vorzugsweise auf der Rückseite) befestigte oder abgeschiedene
magnetische Komponente 11 kann aus Permanentmagnetmaterial,
wie Nd-Fe-B, Sm-Co, Al-Ni-Co, Fe-Cr-Co oder Ba-Ferrit hergestellt
werden. Alternativ kann die magnetische Komponente aus einem weichmagnetischen
Material hergestellt werden, wie Ni-Fe (Permalloy), Si-Stahl oder
Metglas-Material. Wenn ein Permanentmagnetmaterial verwendet wird,
kann sowohl die magnetische Anziehung zum programmierbaren Magneten
als auch die magnetische Abstoßung
vom programmierbaren Magneten ausgenutzt werden, um eine Zwei-Wege-Bewegung des
Spiegels hervorzurufen.
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Als
beispielhafter Vorgang kann der Spiegel 10 bei Nichtvorhandensein
einer Aktivierung von jeglichem der drei programmierbaren Magnete 14A, 14B, 14C einen
um 45 Grad geneigten Winkel als Ausgangsposition einnehmen. Wenn
die programmierbaren und rastbaren Magnete 14A und 14B gleichmäßig magnetisiert
werden, wird der Spiegel magnetisch angezogen werden und sich nach
rechts biegen, so dass er aufrechter steht. Wenn sie ungleich magnetisiert
werden, wird sich der Spiegel nach rechts biegen, jedoch auch mit
einer gewissen Verdrillbewegung, was es gestattet, dass der Spiegel einen
anderen lichtreflektierenden Winkel einnimmt. Wenn nur der programmierbare
Magnet 14C aktiviert wird, wird sich der Spiegel nach unten
biegen, wobei der Grad der Biegung durch die im Magneten 14C induzierte
rastbare Magnetisierung gesteuert wird. wenn die programmierbaren
Magnete 14A und 14B ungleichmäßig magnetisiert werden und
gleichzeitig 14C magnetisiert wird, wird die abwärts gerichtete Spiegelbewegung
mit einer gewissen Winkelverdrehung stattfinden, was einen veränderten
lichtreflektierenden Winkel mit sich bringen wird. Somit kann der
Spiegel in drei Dimensionen viele verschiedene reflektierende Winkel
einnehmen.
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3 ist
eine schematische Querschnittsansicht eines zweidimensionalen Arrays
von programmierbaren optischen Schaltern. Ein Array 30 von lichtreflektierenden
Spiegeln 10A, 10B, ... ist auf einem gemeinsamen
Substrat 12, wie einem Siliziumsubstrat, angebracht. Ein
Array 31A von programmierbaren Magneten 14A, 14B,
... mit mindestens einem Magneten für jeden Spiegel (und vorzugsweise drei
Magneten für
jeden Spiegel, wenn eine dreidimensionale Steuerung erwünscht ist)
sind auf getrennten Haltern 32 montiert. Die Magnete können so klein
sein wie ein dünner
Draht, und die jeweiligen Spulen können entweder direkt auf den
Magnetdraht gewickelt oder vorgefertigt und auf den Draht geschoben
werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden zwei solche
Magnet-Arrays, eine als das obere Array 31A und die andere
als das untere Array 31B (Magnete 14A', 14B', ...) unterhalb des
Substrats, vormontiert, in die Nähe
des Substrats 12 gebracht und zur Erleichterung der Konstruktion der
Vorrichtung ausgerichtet. Indem man Spiegelhalterungen 13 verwendet,
die eine Federkraft als ausgleichende Kraft aufweisen, kann alternativ
zur Spiegel-Neukonfigurierung
nur eine Gruppe von Magnet-Arrays, entweder 31A oder 31B,
verwendet werden.
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4(a) zeigt ein Vergleichsbeispiel einer zweidimensionalen
optischen Querverbindung 40, umfassend ein Array von optischen
Eingangspfaden 41A, 41B, ..., ein Array von Ausgangspfaden 42A, 42B,
... und ein Array von programmierbaren rastbaren Spiegeln 10, ähnlich wie
in 1. Typischerweise sind die Eingänge und
Ausgänge
jeweils lineare Arrays, und die Spiegel sind in einem zweidimensionalen
Array angeordnet. Zur Vereinfachung der Beschreibung sind die programmierbaren
Magnete nicht dargestellt. Die optischen Eingangssignale aus verschiedenen
Eingangslichtquellen 41A, 41B, ... wie Lasern,
Fasern, ebenen Wellenleitern, Verstärkern, werden in die optische
Schalt-Querverbindung 40 geschickt,
und werden von programmierbaren und rastbaren Spiegeln 10 in
Richtung von gewünschten
Ausgangssignalleitungen 42A, 42B, ... reflektiert.
Wahlweise können
zur verbesserten optischen Kopplung zu den Empfängerleitungen lichtfokussierende
Linsen (nicht dargestellt) verwendet werden.
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4(b) zeigt eine analoge dreidimensionale
Querverbindung gemäß der Erfindung.
Die Anordnung von Eingangs- und Ausgangsleitungen, kombiniert mit
magnetisch programmierbaren Spiegeln 10 gestattet es zweckmäßigerweise,
für eine
dreidimensionale optische Hochleistungs-Streckenführung die optischen
Signale zu einer beliebigen der sechs Seiten eines würfelförmigen Querverbindungssystems zu
reflektieren. Das Querverbindungssystem kann wahlweise reversibel
ausgelegt werden, so dass für eine
zusätzliche
Flexibilität
der Lichtverkehrssteuerung die Richtung des optischen Signalstroms
entgegengesetzt zu derjenigen sein kann, die in 4(b) dargestellt
ist.
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5 veranschaulicht
schematisch einen alternativen programmierbaren und rastbaren optischen
Schalter 50 gemäß der Erfindung.
Eine optische Eingangsleitung 41 (z.B. Faser, ebener Wellenleiter,
Laser, usw.) kann in einer im Wesentlichen parallelen Weise zusammen
mit Ausgangsleitungen 42A, 42B angeordnet sein.
Jede Leitung ist an der Spitze mit einer fokussierenden Linse 51 versehen. Alternativ
kann jede der Ausgangsleitungen 42A, 42B in einer
passend gekippten Ausrichtung angeordnet sein, so dass das reflektierte
Lichtsignal mit minimaler Verwendung von lichtfokussierenden Linsen
direkt mit der Ausgangsleitungsausrichtung fluchtend empfangen wird.
Die magnetische Abstimmung und Rastung des Spiegels 10 erlaubt
es, den Eingangsstrahl selektiv zu einer der Ausgangsleitungen umzulenken.
Der Spiegel 10 kann ein isolierter Körper mit einer flachen Geometrie
sein und kann magnetisch gekippt, gedreht oder verdrillt werden,
so dass das optische Signal zu einer gewünschten Übertragungsleitung reflektiert
wird.
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Alternativ
kann man eine Zylinderkonfiguration mit einer Spiegeloberfläche am ebenen
Stirnende verwenden, die in Bezug zur Zylinderachse unter einem
Neigungswinkel angeordnet ist, wobei der Zylinder magnetisch um
seine Achse gedreht wird, so dass der reflektierte Strahl zu einer
der im Kreis um die Eingangsleitung herum angeordneten Übertragungsleitungen
gelenkt wird.
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6(a) zeigt ein Vergleichsbeispiel eines
2 × 2-Optikschalters
60 (wobei die programmierbaren Magnete nicht dargestellt sind).
Der Schalter 60 umfasst mindestens zwei Paare von fluchtenden
optischen Pfaden, z.B. bilden die Fasern A und C ein fluchtendes
Paar und die Fasern B und D das andere. Der Schalter steuert die Übertragung
zwischen einer Mehrzahl von Faserpfaden A, B, C, D. Je nachdem,
wie die 4 Spiegel 10 magnetisch angeordnet werden, kann
der Schalter als optische Reflexionsmodus-Verbindung von der Faser
A zur Faser B und von der Faser D zur Faser C arbeiten. Alternativ,
wie in 6(b) dargestellt, kann der
Schalter als Durchlassmodus-Verbindung von der Faser A zur Faser
C und von der Faser D zur Faser B arbeiten.
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7 veranschaulicht
ein alternatives Vergleichsbeispiel eines 2 × 2-Optikschalters 70,
der nur einen magnetisch programmierbaren Spiegel 10 umfasst.
Die Faser B und die Faser C sind leicht zueinander versetzt angeordnet,
zur Anpassung an die Spiegeldicke für eine Reflexionsmodus-Strahlverbindung
von Faser A zu B und Faser C und D. Dieser Versatz verhindert auch
den Zusammenstoß der zwei
Lichtstrahlen, wenn der Spiegel 10 (in unterbrochenen Linien
skizziert) aus den Strahlenpfaden heraus verlagert wird und der
Schalter in einer Durchlassmodus-Strahlverbindung
betrieben wird. Der Durchlassmodus liefert eine Verbindung von der
Faser A zu D und der Faser C zu B. Eine oder mehrere lichtfokussierenden
Linsen (oder Spiegel) können verwendet
werden, um den Strahl von der Eingangsfaser C zur Ausgangsfaser
B hin zu bewegen.
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Es
versteht sich, dass die oben beschriebenen Ausführungsformen beispielhaft für nur wenige von
vielen möglichen
spezifischen Ausführungsformen
sind, die Anwendungen der Erfindung darstellen können.